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1、桩与承台基础板连接的设计与施工?164f一一-f梅建筑技术味计+2第2O卷桩与承台(基础)板连接的设计与施工(武汉钢铁设计研究院)母7建(构)筑物采用桩基础时,桩头与承台(基础)板连接处除承受结构物垂直荷载外,还是传递地震力轴向力剪力,弯矩等的关键部位,特别在大型高层建筑物及受重苻载作用的工业建筑中,采用一柱一桩时,尤为重要,应引起设计和施工人员的注意.1连接部位的设计方法在设计桩与基础(承台)板的连接节点时.应根据地基条件,结构形式,基础形状大小及桩的种类选用可靠的连接方式,在进行结构计算的同时,还要对细部构造作慎重处理.在确定连接方式及细部构造前,设计人员应假定出桩头的连接条件.桩头的连接
2、条件一般有固定(刚接节点)和铰接(铰接节点2种1.1固定桩头特点(1)与铰接桩头相比,超静定次数高,增大了抗震安全度.(2)与铰接桩头相比,由于水平外荷载引起的桩顶水平变位较小,在基础板不出现转角的情况下,仅为铰接桩头的1/2.(3)桩身的最大弯矩比铰接大,但产生弯矩的范围小.在相同水平力作用下,基石板不出现转角时,桩身应力约为铰接的1.55倍.(4)细部结构易使桩头达到刚接(固定要求,故实际工程中应用较多.12铰接桩头特点(1)与固定桩头与相比,超静定次数少(2)水平荷载下,桩头的水平位移比刚接大,约为刚接的2倍.桩的水平位移受到限制时,容许荷载约为剐接的1/2.(3)桩身最大弯矩较固定桩头
3、小,接头部位一般不产生弯矩.(4)由于在构造上很难满足桩头铰接要求,故在实际工程中应用不多.根据桩头连接特点,采用何种连接方式可由设计人员视情况而定.例如在公路桥等构筑物中,一般对水平变位控制较严,故多采用刚接;而一般建筑物对控制水平变位要求不严.通常用铰接.但对细部结构满足铰接要求很难,因此节点多呈一种接近于铰接的状态.2同接桩头的设计及构造处理2.1刚接桩头分类(1)方法A:将桩埋入承台板内一定深度,利用埋深部分抵抗桩头约束弯矩,见图1a.(2)方法B:桩头埋入承台内较浅,主要通过加强钢筋达到刚接,以抵抗桩头的约束弯矩有些规程具体规定为:桩头嵌入承台内长度一般为1050ram;当桩身配筋时
4、,主筋伸入承台内长度一般不小于30d.只有满足这些要求,才可按固接计算.图1固定连接法(a)方法Al(b)方法B第3期桩与承台(基础)板连接的设计与施工:!(3)方法C;采用钢管桩时,依靠埋入承台内管壁与混凝土间的粘接.使接点达到刚接.2.2刚性连接的特点(1)按A方法施工的桩头转动约束度(固定度)比按B方法施工的高;承台板下部主筋因此易断,须在配筋时予以加强;桩头部分所需抗冲剪厚度比按B方法施工的大.(2)按B方法施工的桩头转动约束度比A方法低承台板下部主筋可不切断,故配筋灵活;对于桩头的冲剪由于补强筋的锚固达到了所需厚度,且由于桩嵌入长度小,所以承台板的厚度比方法A小(3)C方法多用于钢管
5、桩,如解决好管壁与混凝土的粘接.便能发挥其有效埋辣的作用.2.3计算步骤(1)按方法A计算:桩头嵌入承台长度至少应大于1倍桩径.连接处构造见图2.图2方击A详图(a)钢管桩I(b)预应力棍凝土桩承台混凝土垂直承压应力为D24承台混凝土水平承压应力为_hl+,其中】=H/DI=6M/DI.承台混凝土冲剪应力为=盟(D+hi)h1采用钢管桩,盖板与十字加劲板厚,高参见图2.tl:t2=22ramh230cm(桩径D1000mm).对于承台端部的桩,应分析水平方向冲剪应力.式中混凝土垂直承压应力;混凝土剪应力;水平荷载作用,混凝土水平承压应力;Ohz弯矩作用下混凝土水平承压应力;混凝土轴心抗压强度;
6、桩轴向力;H水平力D桩直径;卜一桩嵌入承台长度;f盖板厚桩顶至承台板顶距离;t2十字加劲板厚十字加劲板高.当钢管桩埋入承台内一定长度.利用嵌固深度形成刚接,在有弯矩作用时(见图2),其嵌入承台长度可由下式求得:.丽一面用上式求得的值小于桩径,应按大于桩径并不小于500mm计算.(2)按方法B计算桩头嵌入承台板深度取100mm,其连接处构造见图3a.如为灌注桩,则桩身钢筋应全数伸出并准确锚入承台.形成刚接.若承台厚度允许,锚固长度可取4050d.桩上段(一般为2m左右)应采用_8钢筋箍.间距减至500mm.承台板混凝土水平承压应力:fo当有垂直荷载(或拉力)和弯矩同时作餐轷封筋/惺加主一垫都一疽
7、建筑技术第20卷用时,先假定出钢筋混凝土断面并计算混凝土和钢筋应力.钢筋焊接处剪应力(用于钢管桩):面钢筋锚固长度:一式中rr一钢筋与桩焊接部位的剪应力;计算中钢筋应力;A钢筋截面积;r钢筋贴角焊的容许强度;z锚筋与钢管桩焊接长度;r混凝土的容许粘接强度;焊脚长度I钢筋周长.对于预应力混凝土管桩,桩头应填充与桩身强度相同强度的混凝土,填充高度为预应力筋直径的50倍(见图3h),而现场灌注桩,钢筋锚固长度一般仅为35d,(图3c).桩顶处约l121范围内混凝土强度等级不低于C25,埋筋不少于4垂16.)承古璜里桩身内朴强主中tool008【工D一TPC帮筋篓誊田3构造详蹬(a)钢管桩I(b)顶应
8、力混凝土桩(c)现墙灌注桩(3)按方法c计算:将钢管桩头部开口并埋于承台板混凝土内,桩承受的荷载被认为是通过桩内外壁与混凝土闻粘接力达到刚接而进行传递的,此时,桩所需埋入深度可按下式计算:一一2J:式中钢管内外平均周长;,钢材与混凝土容许粘接强度根据下式验算承台内桩管顶面混凝土压应力:式中A桩为实心时的断面面积.当有拉拔力作甩时,上式右边应取混凝土容许抗拉强度,并使埋入承台内钢管顶面及下面的混凝士能承受这一拉力,故须将钢管桩顶的钢筋锚固长度予以加强.当采用型钢桩时,仍可按其容许粘接强度按下式求得与承台的埋设长度;N一式中H形钢桩周长;=2A+4B;A腹板高B翼缘宽.如图4所示,翼缘外侧有粘接力
9、作佣,虚线一面有剪力作用,型钢桩埋设长度计算式为:.i而式中f【,z.桩埋入长度.取,:中最大者作为设计埋入长度田H形钢桩削面目T叫_-1.L,:第3期桩与承台(基础)板连接的设计与旌工当钢管桩受压且承台板底面下钢营内充填混凝土时,承台下钢管由于环向张力作用而向外扩张,即使内部用钢筋加强.电不能将钢管内壁与混凝土间牯接深度视为有效长度的一部分,只有将承台底面下部分钢管内外均灌注混凝土并配置足够钢筋子以加强后,才可将此段视为有效埋入长度.3铰接桩头的设计及构造处理当桩头为铰接时,按所能承受的剪力和轴向力进行设计计算.桩头嵌入承台(基础)板内长度,一般为1O0300mm,并通过伸入承台内钢筋改善连
10、接,受轴向拉拔力的桩锚固筋数量及长度,应按计算决定(不少于6巾2),对于承压桩,也应用锚固筋伸入承台,按构造要求确定其数量及长度.对于这种桩头,理论分析弯矩为零,但欲使其达到完全铰接很难设计中须适:当考虑桩头固定端力矩影响.连接方法见图5l耋I6桩头采用旋转曲面状封头示意图板对接.(4)在桩管内浇灌一段混凝土,直接向桩内插入铰接钢盘.钢管桩桩帽形式一般有3种:(1)平板式盖板用十字,井字板加劲;(2)旋转曲面状封头,见图6(3)在管内灌混凝土,或用吊模(见图7),或先在管内填入优质砂后在砂上部灌混凝土.羲*图S槛头杖接示薏图由于桩帽不同,铰接钢管桩的连接方式主要有以下4种:(1)桩头采用平盖板
11、,四周锚固筋与桩成3O.角.(2)桩头采用旋转曲面状封头,见匿6.(3)桩头采用平盖板,锚固筋与平盖图7吊俱示薏图旋转曲面桩帽与十字圆盖桩帽比较具有以下优点(1)板薄,重量轻,费用较低,且现场搬运方便;(2)桩帽与桩焊接时,可采用横向焊缝,便于与桩头连接.轴向承压面积不足时,可在桩顶焊接平板以增加承压面积,或采用十字,井字肋加强.十字,井式加劲肋及顶盖在现场加工安装,十字肋圆盖板一般与十字肋厚度相同,为I2,16,22,32,36ram几种.由试验可知,旋转曲面状封头型桩帽承受的荷载大致为?168?建筑技术第20卷300450ram,壁厚4.5,6,9mm桩为64O1600kN500mm,壁厚
12、6mm的桩为1320kN;500mm,壁厚9mm的桩为203okN600mm,壁厚9mm的桩为1540kN;600mm,壁厚9mm的桩为2360kN;800ram.壁厚6ram的桩为2200kN800ram.壁厚9ram的桩为4230kN.4设计施工中应注意的问舾4.1对桩顶采用A方法,也不能达到完全固接(即固定度为1.o).除构造措施外固定度还受外部轴向荷载影响;基础设计的水平变位与桩顶固定度密切相关不同情况的固定度见图84.2设计中应注意和控制基础转角.4.3为达到设计要求.保证荷载的传递,一是使承台(基础)板具有一定刚度二是钢埋件,钢筋焊接等工序,应在桩贯入到设计要求深度后方可进行;三是
13、承台(基础)应原坑浇捣.JI-无轴向有袖向甘图8由经验公式求得不同情况的固定度)桩顶埋承台内1倍桩径长度(b)桩管内填混凝土补强.且顶应力筋锚固(c)桩埋承台内约100ram4.4遇软弱土层,应注意对桩上段.特别是桩头与承台连接部位的加强,如将灌注桩上段直径加大等.4.5对于地震区或水平荷载较大的建(构)筑物,不宜采用沉管灌注桩,因为这种桩型的桩身质量很不稳定,桩身配筋及桩头与承台连接很难处理.钢筋连接新技术即将出版发行由傅温,王宏彬,李梦林组织编写的钢筋连接新技术一书即将由冶金工业出版社出版发行.近年来,随着高层建筑的发展.对钢筋的需求大幅度增加,钢筋连接新技术也应运而生.目前,世界上不少发
14、达国家的钢筋连接技术都有较大发展,国网也有一些新的突破.我们参照国外的先进连接技术.井结合国内实践的经验t收集了粗钢筋连接技术的最新科研成果-汇编成钢筋连接新技术一书.书的主要内容包括:钢筋机械挤压连接技术(古轴向和径向)钢筋电渣压力焊接技术I钢筋锥螺纹连接技术I钢筋基围接驳连接技术钢筋套管灌浆式连接技术钢筋连接无破损检验技术等.书后还附有各种钢筋连接技术专用设备和相关专业厂家情况的介绍.目前,钢筋连接新技术一书正在排印,7月份将正式出版发行.该书的主要读者对象为:钢筋工长,施工员,技术队长,技术主任,质量管理,技t管理,材料管理和机械管理人员等钢筋连接新技术录像带正在摄制待该书出版后,还将举办钢筋连接新技术学习班,请作者及有关专家主讲.本书由我组代理
